195996. lajstromszámú szabadalom • Mérőcella erő és nyomaték hat komponensének mérésére
2 195996 3 A találmány tárgya mérőcella erő és nyomaték hat komponensének mérésére vonatkozik, amely nyúlásmérö ellenállásokat hordozó egymásra merőleges mérőoszlopokkal van ellátva, ahol a mérőoszlopok egyik végükkel azonos magrészhez, másik végükkel befogóelemhez vannak illesztve. A találmány szerinti mérőcella segítségével igen jól reprodukálható, kis mérési deformációjú és áthallástól könnyen mentessé tehető mérési eredmények nyerhetők. Az egyszerre több irányban ébredő mechanikai erők és nyomatékok mérése a modern technológiák alkalmazása során, különösen a harmadik generációs, ún. humanoid robotoknál és a szólcsatornás méréseknél egyre fontosabb. A nyúlásmérő ellenállásokkal először nem sikerült erre a célra igazán jó eszközt létrehozni. Az ilyen érzékelő eszközöket ugyanis pontosan az ellenkező feladatra alakitották ki: minden zavaró mellékhatástól függetlenül egyetlen erő vagy nyomaték mérését kell biztosítani. Ez az oka annak, hogy egyszerre több mérőcella alkalmazásával próbálkoztak, amelyek külön-külön valamelyik összetevő mérését biztosítanák. Az így kialakított eszközök azonban nagy helyigényüek, komplikált gépészeti beépítést kívánnak, s az elérhető nem mindig kielégítő pontosság mellett a mérési eredmények reprodukálhatósága a kívánatos szint alatt marad. Az említett problémák áthidaláséra a nyugatnémet repülőgépiparban dolgoztak ki olyan mérőcellát, amely képes erő és nyomaték hat komponensének egyidejű mérésére, mégpedig alapkivitelben az 1...100, illetve a 10...2000 N tartományban. A mérőcella két párhuzamos síkban elrendezett gyűrűket tartalmaz, ahol az alsó síkban a gyűrű egymásra merőleges egyenesek mentén központi magrészből sugarasan kiinduló négy mérőoszlopot fog közre. A móróoszlopok, a magrész és az alsó gyűrű síkjára merőlegesen, a magrész és a mérőoszlopok találkozási helyeinél további négy azonos hosszúságú mérőoszlop van elrendezve, amelyek felső végét a másik gyűrű fogja össze. A magrész széléből így egymásra merőleges irányokban négy-négy méróoszlop indul ki és ezeken, a magrészhez közelebbi végükön vannak a nyúlésméró ellenállások felragasztva. Az utóbbiak száma ennek megfelelően nyolc. A gyűrűk és a mérőoszlopok általában egyetlen anyagtömbből, folytonos anyagátmenettel vannak kialakítva, tehát az előállítás műveletsorában szerelési lépések nem szerepelnek. Az ismertetett mérőcella ugyan megoldja a helyigényességböl adódó problémákat, de annyira bonyolult összetételű függvényeknek megfelelő kimenő jeleket szolgáltat, hogy azok csak komoly számítógépes kapacitást igénylő digitális feldolgozás után válnak kiértékelhetővé. Nem megfelelő az áthallás szintje - az egyik mérőoszlopon kapott jelben jelentős, de nem mindig megállapítható mértékben közrejátszanak a szomszédos mérőoszlopoktól eredő hatások. Ennél a mérőcellánál ez a szint magas és gyakorlatilag ellenőrizhetetlen, vagyis a mérési eredményekből cBak nehézkesen szűrhető ki. A két gyűrűs befogás túlhalározott, s ezért kicsi a mérési eredmények reprodukálhatósága. A találmány célja az említett hiányosságok megszűntetése. Alapja az a felismerés, hogy nem feltétlenül kell az áthallást megszüntetni, sót, adott esetben szintje még növelhető is, ha a mérőcella felépítéséből következően jól kir.zűrhetővé vélik. A találmány feladata ennek megfelelően olyan mérőcella létrehozása, amellyel erőhatások és nyomatékok három-három, összesen hat térbeli összetevője nagy pontossággal, nagy reprodukálhatósággal állapítható meg és a mérési eredmények alkalmasak az áthallásból eredő hatások gyors, akár analóg elven történő kiszűrésére is. A kitűzött feladat megoldását olyan mérőcella létrehozásával érjük el, amely nyúlásmérő ellenállásokat hordozó egymásra merőleges mérőoszlopokkal van ellátva, ahol a méröoszlopok egyik végükkel azonos magrészhez, másik végükkel befogóelemhez vannak illesztve, és a találmány szerint három egymásra merőleges síkot meghatározó mérőoszlopa van, amelyek hossztengelyei egymást a magrészt egy adott pontjában metszik és mindegyik mérőoszlop a magrészhez közelebbi, nyomatékmérésre összekapcsolt nyűlásméró ellenállásokat hordozó, célszerűen tömör anyagú szakasszal és ennél a szakasznál nem nagyobb szilárdságú, erőmérésre kapcsolt nyúlásmérő ellenállásokat hordozó távolabbi szakasszal van kialakítva, ahol, ha kisebb szilárdságra van szükség, azt célszerűen könnyítések - bemélyedés, furat, átvágás - biztosítják. A mérőoszlop célszerűen egyenletes vastagságú és szabályos sokszög, például négyszög, vagy kör keresztmetszettel van kialakítva. A mérőoszlopokon, azok hossztengelyére merőleges két párhuzamos síkban négy-négy nyúlásmérő ellenállás van elrendezve, mégpedig egymásra merőleges egyenesek mentén. A méróoszlop kialakítható változó keresztmetszettel is, ha a körülmények ezt indokolják. A méröoszlopok a magrészen keresztül célszerűen a befogóelemtől elválasztott erőbevezető elemhez csatlakoznék, amellyel a mérőcella a külső erőket átveszi. Célszerűen a találmány szerinti mérőcella minden eleme, kivéve a nyúlásmérö ellenállásokat, egyetlen anyagdarabból van kialakítva, vagyis azok kötőelemek nélkül vannak egyesítve. A felesleges anyagrészeket például marással, fúrással távolítjuk el, de más előállítási technológia is elképzelhető. A javasok felépítésű mérőcellát megfelelő módon áramkörbe illesztve olyan mérőesz-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
